DE19837333A1 - Control unit for controlling the build up of pressure in a pump unit such as an internal combustion engine fuel pump - Google Patents
Control unit for controlling the build up of pressure in a pump unit such as an internal combustion engine fuel pumpInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Steuerung des Druckaufbaus in einer Pumpeneinheit mit einem Steuerventil und einer mit diesem verbundenen Ventilbetätigungseinheit, wobei das Steuerventil als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet ist, das einen in einem Gehäuse der Steuereinheit axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper aufweist, der bei geschlossenem Steuerventil von innen auf einem Ventilsitz des Steuerventils sitzt.The present invention relates to a control unit for Control of pressure build-up in a pump unit with one Control valve and one connected to it Valve actuation unit, wherein the control valve as an in Flow direction inward opening I-valve formed is one in a housing of the control unit axially has displaceably mounted valve body, which at closed control valve from the inside on a valve seat of the control valve sits.
Mit derartigen Steuereinheiten kann der Druckaufbau beliebiger Pumpeneinheiten gesteuert werden. Aus dem Stand der Technik sind bspw. Steuereinheiten bekannt, die den Druckaufbau von Pumpeneinheiten zum Aufbau eines Einspritzdrucks eines Einspritzsystems zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen steuern. Derartige Steuereinheiten sind üblicherweise als Magnetventile ausgebildet. Dabei ist die Ventilbetätigungseinheit als ein Elektromagnet ausgebildet, der das Steuerventil betätigt. Das Magnetventil ist im nicht erregten Zustand geöffnet. Dadurch ist ein freier Durchfluß von der Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems gegeben und somit ein Befüllen des Pumpenraumes mit Kraftstoff während des Saughubs des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Kraftstoffs während des Förderhubes möglich. Ein Ansteuern des Magnetventils während des Förderhubes des Pumpenkolbens schließt diesen Bypass. Dies führt zu einem Druckaufbau in dem Hochdruckbereich des Systems.With such control units, the pressure build-up any pump units can be controlled. From a standing start Control units are known in the art, for example, which control the Pressure build-up of pump units to build a Injection pressure of an injection system for fuel supply into a combustion chamber of direct injection Control internal combustion engines. Such Control units are usually used as solenoid valves educated. The valve actuation unit is as one Electromagnet formed, which actuates the control valve. The solenoid valve is open when not energized. This allows for a free flow from the pump unit given the low pressure area of the injection system and thus filling the pump chamber with fuel during of the suction stroke of the pump piston and a backflow of the Possible during the delivery stroke. An approach of the solenoid valve during the delivery stroke of the pump piston closes this bypass. This leads to a build-up of pressure in the high pressure area of the system.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Steuereinheiten ist das Steuerventil üblicherweise als ein in Strömungsrichtung nach innen öffnendes sog. I-Ventil ausgebildet. I-Ventile haben gegenüber in Strömungsrichtung nach außen öffnenden sog. A-Ventilen den Vorteil, daß sie wesentlich einfacher und kostengünstiger zu fertigen sind.In the control units known from the prior art the control valve is usually as an in Flow direction inward opening so-called I-valve educated. I valves have opposite in the flow direction so-called A valves opening outwards have the advantage that they are much easier and cheaper to manufacture.
Die bekannten Steuereinheiten haben jedoch den Nachteil, daß es zur Betätigung des Steuerventils durch die Ventilbetätigungseinheit eines beträchtlichen Kraftaufwands bedarf. Das hat seine Ursache darin, daß durch das bei geschlossenem Steuerventil mit hohem Druck anstehende Medium Druckkräfte auf den Ventilkörper wirken und die daraus resultierende Kraft in axialer Richtung bei der Betätigung des Steuerventils zu überwinden ist. Um die Ventilbetätigungskräfte zu reduzieren, werden nach dem Stand der Technik zwar häufig Federelemente verwendet, die der auf den Ventilkörper wirkenden resultierenden Kraft entgegenwirken. Diese Federelemente üben jedoch eine von dem Druck des in dem Steuerventil anstehenden Mediums unabhängige konstante Federkraft auf den Ventilkörper aus. Bei niedrigen Drücken kann diese Federkraft zu groß sein, bei höheren Drücken kann sie zu gering sein, so daß es in beiden Fällen eines beträchtlichen Kraftaufwands bedarf, um die Federkraft bzw. um die auf den Ventilkörper wirkende resultierende Kraft zu überwinden.However, the known control units have the disadvantage that it is to actuate the control valve by the Valve actuation unit of a considerable effort requirement. The reason for this is that the closed control valve with high pressure pending Medium pressure forces act on the valve body and the resulting force in the axial direction at the Operation of the control valve must be overcome. To the Valve actuation forces are reduced after the State of the art often uses spring elements that the resulting force acting on the valve body counteract. However, these spring elements practice one of the pressure of the medium present in the control valve independent constant spring force on the valve body. At low pressures, this spring force can be too great at higher pressures it can be too low, so that it is in Both cases require considerable effort to the spring force or around that acting on the valve body overcome resulting force.
Aus diesem Grund müssen die Ventilbetätigungseinheiten nach dem Stand der Technik so gewählt werden, daß sie stets eine ausreichend große Kraft zur Betätigung der Steuerventile aufbringen können. Dazu bedarf es in der Regel besonders großbauender Ventilbetätigungseinheiten. Der Einsatz von piezoelektrischen Aktoren als Ventilbetätigungseinheiten ist bei den Steuerventilen der Steuereinheiten nach dem Stand der Technik ausgeschlossen, da die von diesen aufgebrachten Ventilbetätigungskräfte bzw. Ventilbetätigungshübe in der Regel nicht ausreichend groß sind, um die bekannten Steuerventile zu betätigen.For this reason, the valve actuation units must be the prior art are chosen so that they always a sufficient force to operate the control valves can muster. This usually requires special large valve actuation units. The use of piezoelectric actuators as valve actuation units is in the control valves of the control units after State of the art excluded because of these applied valve actuation forces or Valve actuation strokes are generally not sufficiently large are to operate the known control valves.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Steuereinheiten besteht darin, daß aufgrund der hohen Ventilbetätigungskräfte die Umschaltzeiten recht lang sind.Another disadvantage of the known control units is in that due to the high valve actuation forces Switching times are quite long.
Aus den vorgenannten Nachteilen des Standes der Technik ergibt sich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinheit zu schaffen, deren Steuerventil mit geringen Ventilbetätigungskräften betätigt werden kann und das kurze Umschaltzeiten aufweist.From the aforementioned disadvantages of the prior art there is the object of the present invention, a To create control unit whose control valve with low Valve actuators can be operated and the short Has switching times.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Steuereinheit der eingangs genannten Art vor, die gekennzeichnet ist durch eine derart ausgebildete axial wirksame Oberfläche des Ventilkörpers, daß die Kräfte, die bei geschlossenem Steuerventil durch den anliegenden Druck der Pumpeneinheit auf den Ventilkörper wirken, sich gegenseitig ausgleichen.To achieve this object, the invention proposes Control unit of the type mentioned above, the is characterized by such an axial design effective surface of the valve body that the forces that with the control valve closed due to the applied pressure of the pump unit act on the valve body balance each other.
Bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit werden in vorteilhafter Weise die Druckkräfte des in dem Steuerventil anstehenden Mediums dazu verwendet, die Ventilbetätigungskräfte auf ein Minimum zu reduzieren, und zwar abhängig von dem Druck des anstehenden Mediums. Die auf den Ventilkörper wirkenden Druckkräfte kompensieren sich gegenseitig, so dass die resultierende Kraft gleich Null ist. Dazu weisen die in Strömungsrichtung nach innen gerichtete axial wirksame Oberfläche und die in Strömungsrichtung nach außen gerichtete axial wirksame Oberfläche des Ventilkörpers die gleiche Fläche auf. Durch das an dem Ventilkörper anstehende Medium wirken auf den Ventilkörper an den beiden axial wirksamen Oberflächen gleich große, aber entgegengerichtete Druckkräfte, die sich gegenseitig ausgleichen. Bei der Betätigung des Steuerventils sind somit nur andere Kräfte als die aus den Druckkräften resultierende Kraft zu überwinden, bspw. Reibungs- oder Federkräfte. Die axial wirksame Oberfläche des Ventilkörpers kann auch derart ausgebildet sein, dass die resultierende Kraft den anderen Kräften entgegenwirkt, so dass sich in der Summe aller auf den Ventilkörper wirkenden Kräfte minimale Ventilbetätigungskräfte ergeben.In the control unit according to the invention, in advantageously the pressure forces of the in the control valve medium used to do this Reduce valve actuation forces to a minimum, and depending on the pressure of the medium. The Compensate pressure forces acting on the valve body each other so that the resulting force is equal Is zero. To do this, they point inwards in the direction of flow directed axially effective surface and the in Direction of flow outward axially effective Surface of the valve body the same area. By the medium on the valve body acts on the Valve body on the two axially effective surfaces equally large, but opposing compressive forces balance each other. When pressing the Control valves are therefore only different forces than those from the To overcome pressure forces resulting force, for example. Frictional or spring forces. The axially effective surface of the valve body can also be designed such that the resulting force counteracts the other forces, so that in the sum of all on the valve body acting forces result in minimal valve actuation forces.
Aufgrund der geringen Ventilbetätigungskräfte weist die erfindungsgemäße Steuereinheit in vorteilhafter Weise sehr kurze Umschaltzeiten auf. Die Umschaltzeiten betragen etwa 100.10-6 s.Because of the low valve actuation forces, the control unit according to the invention advantageously has very short switchover times. The switchover times are approximately 100.10 -6 s.
Der Querschnitt durch den Ventilkörper und der Verlauf des Ventilsitzes können eine beliebige Kontur aufweisen. In der Praxis überwiegen u. a. aus herstellungstechnischen Gründen runde Formen, bspw. Kreise oder Ellipsen. Es sind aber auch Konturen denkbar, die keinen runden Verlauf aufweisen.The cross section through the valve body and the course of the The valve seat can have any contour. In the Practice outweigh u. a. for manufacturing reasons round shapes, for example circles or ellipses. But there are also Contours conceivable that do not have a round course.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Ventilkörper einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und mittels eines in Strömungsrichtung innen liegenden ersten Führungselements in dem Gehäuse axial verschiebbar gelagert ist, und dass der Ventilsitz einen kreisringförmigen Verlauf aufweist, und daß der Außendurchmesser des ersten Führungselements gleich dem Außendurchmesser des Ventilsitzes ist. Bei dieser Weiterbildung ist in Strömungsrichtung innen liegend und nach innen gerichtet um das erste Führungselement herum eine erste kreisringförmige axial wirksame Fläche ausgebildet. Um den Ventilsitz herum ebenfalls in Strömungsrichtung innen liegend ist eine nach außen gerichtete gleich große zweite kreisringförmige axial wirksame Fläche ausgebildet. Der Druck des bei geschlossenem Steuerventil an dem Ventilkörper anstehenden Mediums erzeugt an den beiden gleich großen kreisringförmigen Flächen gleich große Druckkräfte. Die Druckkräfte sind einander entgegengerichtet und gleichen sich aus. Die Ventilbetätigungskräfte sind somit bei beliebigem, an dem Ventilkörper auftretendem Druck minimal.According to an advantageous development of the invention suggested that the valve body be circular Has cross section and by means of a flow direction internal first guide element in the housing is axially displaceable, and that the valve seat has an annular shape, and that Outside diameter of the first guide element is equal to that Outside diameter of the valve seat is. At this Training is inside and in the direction of flow directed inwards around the first guide element a first annular axially effective surface educated. Around the valve seat also in Flow direction inside is one to the outside Directed equally sized second circular axially effective area formed. The pressure of the closed control valve on the valve body Medium creates the same size on the two annular surfaces equal pressure forces. The Compression forces are opposed to each other and are the same from. The valve actuation forces are thus at any pressure occurring on the valve body minimal.
Um eine sichere Führung des Ventilkörpers in dem Gehäuse der Steuereinheit sicherstellen zu können, ist der Ventilkörper gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform mittels eines in Strömungsrichtung außen liegenden zweiten Führungselements in dem Gehäuse axial verschiebbar gelagert. Damit ist der Ventilkörper zu beiden Seiten des Ventilsitzes durch ein Führungselement in dem Gehäuse axial bewegbar gelagert. Dadurch kann eine vollflächige Auflage des Ventilkörpers auf dem Ventilsitz und eine zuverlässige Dichtungsfunktion des Ventilsitzes sichergestellt werden.To securely guide the valve body in the housing to ensure the control unit is the Valve body according to an advantageous embodiment by means of a second one located outside in the direction of flow Guide element axially displaceable in the housing stored. So that the valve body is on both sides of the Valve seat by a guide element in the housing axially movably mounted. This allows a full-surface support of the valve body on the valve seat and reliable Sealing function of the valve seat can be ensured.
Um ein zu abruptes Zurückfahren des Ventilkörpers beim Öffnen des Steuerventils zu verhindern, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß das zweite Führungselement eine derart ausgebildete axial wirksame Oberfläche aufweist, daß die Kräfte, die bei geöffnetem Steuerventil durch den anliegenden Druck auf den Ventilkörper wirken, sich gegenseitig nahezu ausgleichen. Bei geöffnetem Steuerventil wird die in Strömungsrichtung nach außen gerichtete axial wirksame Oberfläche des Ventilkörpers um einen Bereich vergrößert, der bei geschlossenem Steuerventil durch den Ventilsitz von dem an dem Ventilkörper anliegenden Druck abgeschirmt ist. Bei geöffnetem Steuerventil führt der anliegende Druck zu einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten, auf den Ventilkörper wirkenden Kraft. Das zweite Führungselement weist eine um den Ventilkörper herum verlaufende, in Strömungsrichtung nach innen gerichtete axial wirksame Oberfläche auf, auf die bei geöffnetem Steuerventil der anliegende Druck wirkt und zu einer nach außen gerichteten, auf den Ventilkörper wirkenden Kraft führt. Unabhängig von der Größe des anliegenden Drucks gleichen sich die beiden Kräfte nahezu aus. Dadurch kann bei beliebig hohem Druck stets ein kontrolliertes Zurückfahren des Ventilkörpers sichergestellt werden.To abruptly retract the valve body when Preventing opening of the control valve is according to one advantageous development of the invention proposed that the second guide element is designed in such a way axially effective surface that the forces at open control valve by the pressure on the Valve body act, almost compensate for each other. When the control valve is open, it is in the flow direction outward axially effective surface of the Valve body enlarged by an area that at closed control valve through the valve seat from that the pressure applied to the valve body is shielded. At When the control valve is open, the pressure applied leads to a in the direction of flow inwards, on the Valve body acting force. The second guide element has a running around the valve body, in Flow direction inward axially effective Surface on which the control valve is open applied pressure acts and to an outward, force acting on the valve body. Independent of the size of the applied print is the same Forces almost out. This can be done at any high pressure always a controlled retraction of the valve body be ensured.
Vorzugsweise ist zwischen dem Ventilkörper und dem Gehäuse ein Federelement angeordnet, das den Ventilkörper in einem nicht aktivierten Zustand der Ventilbetätigungseinheit in einer Durchlaßstellung von dem Ventilsitz wegdrückt. Bei einer nicht aktivierten Ventilbetätigungseinheit ist das Steuerventil somit geöffnet, d. h. das von der Pumpeneinheit zu pumpende Medium kann frei von der Pumpeneinheit zu dem Niederdruckbereich des Systems und wieder zurück fließen. In der Durchlaßstellung des Steuerventils ist somit ein Befüllen des Pumpenraumes mit dem zu pumpenden Medium während des Saughubes des Pumpenkolbens und ein Rückströmen des Mediums während des Förderhubes möglich.Is preferably between the valve body and the housing a spring element is arranged which the valve body in one not activated state of the valve actuation unit in a open position pushes away from the valve seat. At an inactive valve actuation unit Control valve thus open, i.e. H. that of the Pump unit can be pumped free of the medium Pump unit to the low pressure area of the system and flow back again. In the open position of the The control valve is thus filled with the pump chamber the medium to be pumped during the suction stroke of the Pump piston and a backflow of the medium during the Delivery stroke possible.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ventilbetätigungseinheit als ein piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuereinheit kommen insbesondere zum Tragen, wenn das Steuerventil von einem piezoelektrischen Aktor angesteuert wird. Da bei der erfindungsgemäßen Steuereinheit zur Betätigung des Steuerventils keine bzw. äußerst geringen Ventilbetätigungskräfte aufgebracht werden müssen, kann der maximale Hub eines piezoelektrischen Aktors genutzt werden. Und das insbesondere deshalb, da bei geschlossenem Steuerventil nur kleinste Kraftreserven der Ventilbetätigungseinheit notwendig sind, um das Steuerventil in der geschlossenen Stellung zu halten.According to an advantageous development of the invention the valve operating unit as a piezoelectric Actuator trained. The advantages of the invention Control unit come into play especially when that Control valve controlled by a piezoelectric actuator becomes. Since in the control unit according to the invention Actuation of the control valve no or extremely little Valve actuation forces must be applied, the maximum stroke of a piezoelectric actuator can be used. And this is particularly so because when the door is closed Control valve only the smallest power reserves Valve actuation unit are necessary to the Keep control valve in the closed position.
Um die Montage der Steuereinheit zu erleichtern, wird vorgeschlagen, daß das Gehäuse zweiteilig aufgebaut ist, daß das erste Gehäuseteil eine erste axiale Bohrung zur Aufnahme des ersten Führungselements und eine koaxiale zweite Bohrung mit einem größeren Durchmesser aufweist, in die der Zulauf von der Pumpeneinheit mündet, und daß an der in Strömungsrichtung innen liegenden Stirnseite des zweiten Gehäuseteils der Ventilsitz ausgebildet ist und das zweite Gehäuseteil in einem Abstand von dem Boden der zweiten Bohrung in dieser angeordnet ist.To facilitate the assembly of the control unit, proposed that the housing be constructed in two parts, that the first housing part has a first axial bore Inclusion of the first guide element and a coaxial has a second hole with a larger diameter, in which the inlet from the pump unit opens, and that at the in the flow direction inner end face of the second Housing part of the valve seat is formed and the second Housing part at a distance from the bottom of the second Bore is arranged in this.
Durch den mindestens zweiteiligen Aufbau kann der Ventilkörper bequem und ohne großen Aufwand zwischen den einzelnen Gehäuseteilen angeordnet und relativ zu diesen positioniert werden. Durch Zusammenfügen der einzelnen Gehäuseteile zu dem fertigen Gehäuse kann der Ventilkörper auf einfache Weise in einer definierten Position innerhalb des Gehäuses angeordnet werden.Due to the at least two-part construction, the Valve body conveniently and with little effort between the arranged individual housing parts and relative to these be positioned. By joining the individual Housing parts to the finished housing can be the valve body easily in a defined position within of the housing can be arranged.
Durch das Einbringen zweier koaxialer Bohrungen in das erste Gehäuseteil der Steuereinheit kann der Versatz des Ventilkörpers relativ zu dem Gehäuse vermindert werden. Die erste und die zweite Bohrung können in einem Arbeitsgang, d. h. ohne den Bohrer nach der ersten Bohrung absetzen und vor der zweiten Bohrung neu ansetzen zu müssen, in das erste Gehäuseteil eingebracht werden. Somit ist der Achsversatz zwischen der ersten und der zweiten Bohrung auf ein Minimum reduziert. Das zweite Gehäuseteil ist vorteilhafterweise in die zweite Bohrung eingepresst oder geschrumpft.By inserting two coaxial holes in the first housing part of the control unit, the offset of the Valve body can be reduced relative to the housing. The first and second holes can be done in one operation, d. H. without the drill after the first drilling and to have to start again before the second hole in the first housing part are introduced. Thus the Axis offset between the first and the second hole reduced to a minimum. The second housing part is advantageously pressed or shrunk.
Vorteilhafterweise ist das zweite Gehäuseteil als eine Buchse ausgebildet, die eine dritte Bohrung zur Aufnahme des zweiten Führungselements aufweist.The second housing part is advantageously as one Socket designed to accommodate a third bore of the second guide element.
Um den Achsversatz zwischen der dritten Bohrung und der ersten bzw. zweiten Bohrung zu minimieren, wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, daß zwischen dem ersten Führungselement und der ersten Bohrung ein kleines Spiel und zwischen dem zweiten Führungselement und der dritten Bohrung ein größeres Spiel ausgebildet ist. Das ist ohne weiteres möglich, da zwischen dem zweiten Führungselement und der dritten Bohrung lediglich ein niedriger Ablaufdruck anliegt. Im Hochdruckbereich der Steuereinheit sorgt das geringe Spiel zwischen dem ersten Führungselement und der ersten Bohrung für eine ausreichende Abdichtung.To offset the axis between the third hole and the To minimize the first or second hole is according to one other advantageous training proposed that between the first guide element and the first bore a little game and between the second guide element and the third hole is a larger game. This is easily possible because between the second Guide element and the third hole only one low drain pressure is present. In the high pressure area of the Control unit ensures the little play between the first Guide element and the first hole for one adequate sealing.
Das Spiel zwischen dem ersten Führungselement und der ersten Bohrung beträgt vorzugsweise etwa 2 bis 4.10-6 m und das Spiel zwischen dem zweiten Führungselement und der dritten Bohrung beträgt etwa 8 bis 10.10-6 m.The play between the first guide element and the first bore is preferably about 2 to 4.10 -6 m and the play between the second guide element and the third bore is about 8 to 10.10 -6 m.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Einspritzsystem zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen mit einer Pumpeneinheit zum Aufbau eines Einspritzdrucks und dann zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse in den Verbrennungsraum.The present invention also relates to an injection system to supply fuel to a combustion chamber from direct-injection internal combustion engines with a Pump unit to build up an injection pressure and then to Injecting the fuel into the fuel injector Combustion chamber.
Um ein solches Einspritzsystem dahingehend weiterzubilden, daß es besonders kurze Ansprechzeiten aufweist, damit eine besonders genaue Steuerung der Kraftstoffeinspritzung möglich ist, schlägt die Erfindung ausgehend von einem Einspritzsystem der oben genannten Art vor, daß das Einspritzsystem eine Steuereinheit der oben genannten Art aufweist. Ein derartiges Einspritzsystem kann bspw. als eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE) oder als ein Pumpe-Leitung- Düse-System (PLD) ausgebildet sein.In order to further develop such an injection system, that it has particularly short response times, so that particularly precise control of fuel injection is possible, the invention proposes starting from one Injection system of the type mentioned above that Injection system a control unit of the type mentioned above having. Such an injection system can, for example, as a pump injector unit (PDE) or as a pump line Nozzle system (PLD) can be formed.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer Steuereinheit der oben genannten Art.The present invention also relates to a method for the production of a control unit of the type mentioned above.
Um bei der Herstellung der Steuereinheiten den Achsversatz
zu minimieren, schlägt die Erfindung vor, daß
In order to minimize the axis offset in the manufacture of the control units, the invention proposes that
- - ein Ventilkörper mit dem in Strömungsrichtung innen liegenden ersten Führungselement und dem außen liegenden zweiten Führungselement ausgebildet wird,- A valve body with the inside in the direction of flow lying first guide element and the outside lying second guide element is formed,
- - in ein erstes Gehäuseteil eine erste Bohrung zur Aufnahme des ersten Führungselements und eine koaxiale zweite Bohrung mit einem größeren Durchmesser eingebracht werden,- A first hole in a first housing part Inclusion of the first guide element and a coaxial second hole with a larger diameter be brought in
- - in ein zweites Gehäuseteil eine dritte Bohrung zur Aufnahme des zweiten Führungselements eingebracht wird,- In a second housing part, a third hole Recording of the second guide element introduced becomes,
- - an einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils ein Ventilsitz ausgebildet wird,- On an inward direction of flow A valve seat on the end face of the second housing part is trained
- - der Ventilkörper mit dem ersten Führungselement in die erste Bohrung eingepasst wird und- The valve body with the first guide element in the first hole is fitted and
- - das zweite Gehäuseteil derart in die zweite Bohrung eingepasst und darin befestigt wird, dass das zweite Führungselement in die dritte Bohrung eingepasst wird.- The second housing part in the second bore fitted and fastened in that the second Guide element is fitted into the third hole.
Die erste und die zweite Bohrung werden in einem Arbeitsgang in das Gehäuse eingebracht, d. h. ohne den Bohrer nach der ersten Bohrung abzusetzen und ohne ihn vor der zweiten Bohrung neu anzusetzen. Somit ist der Achsversatz zwischen der ersten und der zweiten Bohrung auf ein Minimum reduziert. Lediglich das zweite Gehäuseteil mit der dritten Bohrung muß relativ zu den ersten zwei Bohrung derart positioniert werden, daß der Achsversatz möglichst gering ist. The first and second holes are made in one Operation introduced in the housing, d. H. without that Put the drill down after the first hole and without it before of the second hole. Thus the Axis offset between the first and the second hole reduced to a minimum. Only the second housing part with The third hole must be relative to the first two holes be positioned so that the axis offset as possible is low.
Dazu wird vorteilhafterweise zwischen dem ersten Führungselement und der ersten Bohrung ein Spiel von etwa 2 bis 4.10-6 m und zwischen dem zweiten Führungselement und der dritten Bohrung ein Spiel von etwa 8 bis 10.10-6 m vorgesehen.For this purpose, a clearance of approximately 2 to 4.10 -6 m is advantageously provided between the first guide element and the first bore and a clearance of approximately 8 to 10.10 -6 m between the second guide element and the third bore.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following a preferred embodiment of the Invention explained with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Einspritzsystem; und Fig. 1 shows an inventive injection system; and
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Steuereinheit im Ausschnitt. Fig. 2 shows a control unit according to the invention in detail.
In Fig. 1 ist ein Einspritzsystem in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Das Einspritzsystem 1 dient zur Kraftstoffzufuhr in einen Verbrennungsraum von direkteinspritzenden Verbrennungskraftmaschinen. Es weist eine Pumpeneinheit 2 zum Aufbau eines Einspritzdrucks und zum Einspritzen des Kraftstoffs über eine Einspritzdüse 3 in den Verbrennungsraum auf. Desweiteren weist das Einspritzsystem 1 eine Steuereinheit 4 auf, mit einem schematisch dargestellten Steuerventil 5 und einer Ventilbetätigungseinheit 6 zur Steuerung des Druckaufbaus in der Pumpeneinheit 2.In Fig. 1, an injection system in its entirety is identified by reference number 1 . The injection system 1 is used to supply fuel to a combustion chamber of direct-injection internal combustion engines. It has a pump unit 2 for building up an injection pressure and for injecting the fuel into the combustion chamber via an injection nozzle 3 . Furthermore, the injection system 1 has a control unit 4 , with a schematically illustrated control valve 5 and a valve actuation unit 6 for controlling the pressure build-up in the pump unit 2 .
Das Einspritzsystem 1 ist als eine Pumpe-Düse-Einheit (PDE) ausgebildet. Bei der PDE bilden die Pumpeneinheit 2 und die Einspritzdüse 3 eine Einheit. Pro Motorzylinder wird eine PDE 1 in den Zylinderkopf 7 der Verbrennungskraftmaschine eingebaut und entweder direkt über einen Stössel oder indirekt über Kipphebel von einer Motor-Nockenwelle (nicht dargestellt) über eine Betätigung 8 angetrieben.The injection system 1 is designed as a pump-nozzle unit (PDE). In the PDE, the pump unit 2 and the injection nozzle 3 form one unit. For each engine cylinder, a PDE 1 is installed in the cylinder head 7 of the internal combustion engine and is driven either directly via a tappet or indirectly via a rocker arm by an engine camshaft (not shown) via an actuator 8 .
Ein Pumpenraum 9 der Pumpeneinheit 2 ist über Bypass- Bohrungen 26 mit dem Steuerventil 5 der Steuereinheit 4 verbunden. Das Steuerventil 5 ist im nicht erregten Zustand der elektrischen Steuereinheit 4 geöffnet. Dadurch ist ein freier Durchfluss von der Pumpeneinheit 2 zu dem Niederdruckbereich des Systems gegeben und somit ein Befüllen des Pumpenraumes 9 während des Saughubes eines in dem Pumpenraum 9 axial bewegbaren Pumpenkolbens 10 und ein Rückströmen des Kraftstoffes während des Förderhubes möglich (vgl. Pfeile in den Bypass-Bohrungen 26 (Zulauf) und 26b (Ablauf)).A pump chamber 9 of the pump unit 2 is connected to the control valve 5 of the control unit 4 via bypass bores 26 . The control valve 5 is open when the electrical control unit 4 is not energized. This provides a free flow from the pump unit 2 to the low-pressure area of the system and thus allows the pump chamber 9 to be filled during the suction stroke of a pump piston 10 which is axially movable in the pump chamber 9 and the fuel to flow back during the delivery stroke (see arrows in the bypass -Bores 26 (inlet) and 26 b (outlet)).
Ein Ansteuern der Steuereinheit 4 während des Förderhubes des Pumpenkolbens 10 schließt diesen Bypass. Dies führt zu einem Druckaufbau in dem Hochdruckbereich und nach Überschreiten des Öffnungsdrucks der Einspritzdüse 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum der Verbrennungskraftmaschine. Der Schließzeitpunkt der Steuereinheit 4 bestimmt somit den Einspritzbeginn und die Schließdauer der Steuereinheit 4 die Einspritzmenge.Activating the control unit 4 during the delivery stroke of the pump piston 10 closes this bypass. This leads to a pressure build-up in the high-pressure region and, after the opening pressure of the injection nozzle 3 has been exceeded, to inject fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. The closing time of the control unit 4 thus determines the start of injection and the closing time of the control unit 4 determines the injection quantity.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Einspritzsystem 1 ist die Ventilbetätigungseinheit 6 der Steuereinheit 4 als ein piezoelektrischer Aktor ausgebildet. Das Steuerventil 5 ist als ein nach innen öffnendes I-Ventil ausgebildet, das einen Ventilkörper 11 aufweist, der in der Strömungsrichtung auf einen Ventilsitz 13 wirkt und das Steuerventil 5 schließt.In the example shown in Fig. 1 injection valve 1, the operation unit 6, the control unit 4 is designed as a piezoelectric actuator. The control valve 5 is designed as an inward-opening I-valve which has a valve body 11 which acts on a valve seat 13 in the direction of flow and closes the control valve 5 .
Das Steuerventil 5 wird in Fig. 2 anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Für die gleichen Bauteile werden in Fig. 2 übereinstimmende Bezugszeichen verwendet.The control valve 5 is explained in more detail in FIG. 2 using an exemplary embodiment. Corresponding reference numerals are used in FIG. 2 for the same components.
Das Steuerventil 5 ist in der Zeichnung von oben, d. h. in Strömungsrichtung nach innen, mit der Ventilbetätigungseinheit 6 verbunden. Das Steuerventil 5 weist einen in einem Gehäuse 12 der Steuereinheit 4 axial verschiebbar gelagerten Ventilkörper 11 auf. Der Ventilkörper 11 sitzt bei geschlossenem Steuerventil 5 in Strömungsrichtung von innen auf dem Ventilsitz 13. Der Ventilkörper 11 weist ein in Strömungsrichtung innen liegendes und in dem Gehäuse 12 axial verschiebbar gelagertes erstes Führungselement 14 auf und hat einen kreisförmigen Querschnitt. Der Ventilsitz 13 hat einen kreisbogenförmigen Verlauf. Der Durchmesser d1 des ersten Führungselements 14 ist gleich dem Durchmesser d3 des Ventilsitzes 13. Dadurch ergeben sich zwei gleich große, in entgegengesetzter Richtung axial wirksame Flächen 11a und 11b des Ventilkörpers (11). Bei geschlossenem Steuerventil 5 liegt über die Bypass-Bohrung 26a ein Druck der Pumpeneinheit 2 an dem Ventilkörper an. Der Druck wirkt in axialer Richtung auf die beiden kreisringförmigen axial wirksamen Flächen 11a und 11b und führt zu zwei gleich großen, auf den Ventilkörper in axialer Richtung wirkenden entgegengesetzt gerichteten Kräfte, die sich ausgleichen. Die Ventilbetätigungskräfte sind somit minimal.In the drawing, the control valve 5 is connected to the valve actuation unit 6 from above, ie inward in the direction of flow. The control valve 5 has a valve body 11 which is axially displaceably mounted in a housing 12 of the control unit 4 . When the control valve 5 is closed, the valve body 11 is seated in the flow direction from the inside on the valve seat 13 . The valve body 11 has a first guide element 14, which is located on the inside in the flow direction and is axially displaceable in the housing 12, and has a circular cross section. The valve seat 13 has an arcuate shape. The diameter d 1 of the first guide element 14 is equal to the diameter d 3 of the valve seat 13 . This results in two axially effective surfaces 11 a and 11 b of the valve body ( 11 ) that are of equal size and act in the opposite direction. When the control valve 5 is closed, a pressure of the pump unit 2 is present on the valve body via the bypass bore 26 a. The pressure acts in the axial direction on the two annular axially active surfaces 11 a and 11 b and leads to two equally large, oppositely directed forces acting on the valve body in the axial direction, which equalize. The valve actuation forces are therefore minimal.
Der Ventilkörper 11 weist außerdem ein in Strömungsrichtung außen liegendes und in dem Gehäuse 12 axial verschiebbar gelagertes zweites Führungselement 15 auf mit einer nach innen gerichteten axial wirksamen Fläche 15a. Durch die Fläche 15a wird ein abruptes Zurückfahren des Ventilkörpers 11 beim Öffnen des Steuerventils 5 verhindert.The valve body 11 also has a second guide element 15, which is external in the flow direction and axially displaceably mounted in the housing 12, with an inwardly directed axially effective surface 15 a. The surface 15 a prevents an abrupt retraction of the valve body 11 when the control valve 5 is opened .
Bei geöffnetem Steuerventil 5 wird die in Strömungsrichtung nach außen gerichtete axial wirksame Oberfläche des Ventilkörpers 11 um einen Bereich vergrößert, der bei geschlossenem Steuerventil 5 durch den Ventilsitz 13 von dem an dem Ventilkörper 11 anliegenden Druck abgeschirmt ist. Bei geöffnetem Steuerventil 5 führt der anliegende Druck zu einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten, auf den Ventilkörper 11 wirkenden Kraft. Das zweite Führungselement 15 weist eine um den Ventilkörper 11 herum verlaufende, in Strömungsrichtung nach innen gerichtete axial wirksame Fläche 15a auf, auf die bei geöffnetem Steuerventil 5 der anliegende Druck wirkt und zu einer nach außen gerichteten, auf den Ventilkörper 11 wirkenden Kraft führt. Unabhängig von der Größe des anliegenden Drucks gleichen sich die beiden Kräfte nahezu aus.When the control valve 5 is open, the axially effective surface of the valve body 11 which is directed outward in the flow direction is increased by an area which, when the control valve 5 is closed, is shielded by the valve seat 13 from the pressure applied to the valve body 11 . When the control valve 5 is open, the applied pressure leads to a force directed inwards in the flow direction and acting on the valve body 11 . The second guide element 15 has an axially effective surface 15 a, which extends around the valve body 11 and faces inward in the flow direction, on which the applied pressure acts when the control valve 5 is open and leads to an outward force acting on the valve body 11 . Regardless of the size of the applied pressure, the two forces almost equalize.
Um die Herstellung der erfindungsgemäßen Steuereinheit 4 zu vereinfachen, ist das Gehäuse 12 zweiteilig aufgebaut. Das erste Gehäuseteil 12a weist eine erste axiale Bohrung 12c zur Aufnahme des ersten Führungselements 14 und eine koaxiale zweite Bohrung 12d mit einem größeren Durchmesser auf, in die der Zulauf (Bypass-Bohrung 26a) von der Pumpeneinheit mündet. Das zweite Gehäuseteil 12b ist als eine Buchse ausgebildet, in die eine dritte Bohrung 12e zur Aufnahme des zweiten Führungselements 15 eingebracht ist. An der in Strömungsrichtung innen liegenden Stirnseite des zweiten Gehäuseteils 12b ist der Ventilsitz 13 ausgebildet. Das zweite Gehäuseteil 12b ist in einem Abstand zum Boden der zweiten Bohrung 12d in dieser angeordnet. Das zweite Gehäuseteil 12b ist in die zweite Bohrung 12d eingepresst oder geschrumpft.In order to simplify the manufacture of the control unit 4 according to the invention, the housing 12 is constructed in two parts. The first housing part 12 a has a first axial bore 12 c for receiving the first guide element 14 and a coaxial second bore 12 d with a larger diameter, into which the inlet (bypass bore 26 a) from the pump unit opens. The second housing part 12 b is designed as a bushing, into which a third bore 12 e is made for receiving the second guide element 15 . The valve seat 13 is formed on the end face of the second housing part 12 b lying in the direction of flow. The second housing part 12 b is arranged at a distance from the bottom of the second bore 12 d in this. The second housing part 12 b is pressed or shrunk into the second bore 12 d.
Zwischen dem ersten Führungselement 14 und der ersten Bohrung 12c ist ein Spiel von etwa 2 bis 4.10-6 m ausgebildet, und zwischen dem zweiten Führungselement 15 und der dritten Bohrung 12e ist ein Spiel von etwa 8 bis 10.10-6 m ausgebildet. Durch das geringe Spiel zwischen dem ersten Führungselement 14 und der ersten Bohrung 12c und dem größeren Spiel zwischen dem zweiten Führungselement 15 und der dritten Bohrung 12e kann ein Versatz des Ventilkörpers 11 in dem Gehäuse 12 möglichst gering gehalten werden.A clearance of approximately 2 to 4.10 -6 m is formed between the first guide element 14 and the first bore 12 c, and a clearance of approximately 8 to 10.10 -6 m is formed between the second guide element 15 and the third bore 12 e. Due to the slight play between the first guide element 14 and the first bore 12 c and the greater play between the second guide element 15 and the third bore 12 e, an offset of the valve body 11 in the housing 12 can be kept as small as possible.
Der Ventilkörper 11 wird durch ein als Druckfeder ausgebildetes Federelement 16, das zwischen Gehäuse 12 und Ventilkörper 11 angeordnet ist bei inaktivem Ventilbetätigungselement 6 in einer Durchlassstellung von dem Ventilsitz 13 in Strömungsrichtung nach innen weggedrückt. Durch Aktivieren des Ventilbetätigungselements 6 wird der Ventilkörper 11 in einer Schließstellung gegen den Ventilsitz 13 gedrückt.The valve body 11 is pressed away in a flow position from the valve seat 13 in the flow direction by a spring element 16 which is designed as a compression spring and which is arranged between the housing 12 and the valve body 11 when the valve actuating element 6 is inactive. By activating the valve actuating element 6 , the valve body 11 is pressed against the valve seat 13 in a closed position.
Claims (13)
- - ein Ventilkörper (11) mit einem in Strömungsrichtung innen liegenden ersten Führungselement (14) und einem außen liegenden zweiten Führungselement (15) ausgebildet wird,
- - in ein erstes Gehäuseteil (12a) eine erste Bohrung (12c) zur Aufnahme des ersten Führungselements (14) und eine koaxiale zweite Bohrung (12d) mit einem größeren Durchmesser eingebracht werden,
- - in ein zweites Gehäuseteil (12b) eine dritte Bohrung (12e) zur Aufnahme des zweiten Führungselements (15) eingebracht wird,
- - an einer in Strömungsrichtung nach innen gerichteten Stirnseite des zweiten Gehäuseteils (12b) ein Ventilsitz (13) ausgebildet wird,
- - der Ventilkörper (11) mit dem ersten Führungselement (14) in die erste Bohrung (12c) eingepasst wird und
- - das zweite Gehäuseteil (12b) derart in die zweite Bohrung (12d) eingepasst und darin befestigt wird, dass das zweite Führungselement (15) in die dritte Bohrung (12e) eingepasst wird.
- a valve body ( 11 ) is formed with a first guide element ( 14 ) lying inside in the flow direction and a second guide element ( 15 ) lying outside,
- a first bore ( 12 c) for receiving the first guide element ( 14 ) and a coaxial second bore ( 12 d) with a larger diameter are introduced into a first housing part ( 12 a),
- - A third bore ( 12 e) for receiving the second guide element ( 15 ) is made in a second housing part ( 12 b),
- a valve seat ( 13 ) is formed on an end face of the second housing part ( 12 b) that is directed inward in the flow direction,
- - The valve body ( 11 ) with the first guide element ( 14 ) in the first bore ( 12 c) is fitted and
- - The second housing part ( 12 b) is fitted into the second bore ( 12 d) and fastened in such a way that the second guide element ( 15 ) is fitted into the third bore ( 12 e).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |